CN204995920U - 一种分离式结构的液滴检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种分离式结构的液滴检测装置。该液滴检测装置包括液滴探测单元和供电单元；所述液滴探测单元包括主电路、滴管容纳槽和红外对管，所述红外对管设于所述滴管容纳槽的两侧并连接所述主电路；所述供电单元包含充电电池和电源管理电路；所述供电单元与所述液滴探测单元通过榫卯结构实现扣合或分离，在扣合时所述供电单元通过电源接口为所述液滴探测单元供电。本实用新型通过去除传统电路设计中的信号处理单元降低了生产成本和产品功耗；分离的探测单元和供电单元通过榫卯结构来进行连接扣合，能够将莫菲式滴管封装起来，提高了检测可靠性；同时有别于传统一体式设计的设备分离式设计使得供电单元替换变得更为便捷。

Description

一种分离式结构的液滴检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种液滴检测仪器，属于流量监测或医疗器械领域，特别是涉及一种医用液滴检测装置。

背景技术

据公开数据显示，2011年我国输液市场容量在100亿瓶(袋)以上，相当于13亿人口每人输了8瓶液，远高于国际上人均2.5～3.3瓶的水平。在如此庞大的市场之中，用户体验变得日益重要，许多病患由于输液过程漫长乏味和身体的不适等原因，会选择睡觉或阅读等方式来等待输液完毕，这就容易导致因处理不及时而血液倒流，或折压输液管等危险状况的发生。

现有输液监控设备从供电方式可分为有线供电和无线供电。所谓有线供电方式是指设备工作需通过电源线接入固定插座来提供电源，这种方式的弊端在于限制了病患的行动范围。所谓的无线供电方式是指设备自带电池，可独立工作。该方式的优点在于病患输液期间可以行动方便。缺点则是，一般无线设备会配备无线通信模块实现数据交互，功耗较高，这导致了非充电式电池供电的设备更换电池较为频繁，不环保且提高了维护成本；可充电式电池供电的设备，现有都为一体式设备，充电时间较长，实际应用中容易中途电量耗尽，不得不更换整个设备或现场充电，新更换设备需要重定向到指定用户，非常不方便。

现有输液监控设备在检测液滴的时候通常利用红外传感技术，而设备对莫菲式滴管的机械结构是半敞开式的，这种结构在阳光充足的环境中容易受到其中同波段红外光干扰，导致检测可靠性降低。

现有输液监控设备在集成电路设计中加入了越来越多的信号处理单元，如信号放大电路、滤波电路、整流电路等，试图将原始信号在进入处理器前处理成适合其算法的新信号，这在一定程度上损失了信号中所包含的信息，并提高了生产成本。

实用新型内容

本实用新型的目的是在于提供一种低成本的分离式结构的液滴检测装置，其通过删除传统电路设计中的信号处理单元降低了生产成本和产品功耗；同时在外观设计上，将分离的探测单元和供电单元通过榫卯结构来进行连接扣合，从而能够将莫菲式滴管封装起来，有效隔绝了外界红外光对设备中红外接收传感器的干扰，提高了检测可靠性；同时，有别于传统一体式设计的设备分离式设计，使替换变得更为便捷，特别在物联网系统中，设备无需重定向用户，只需替换供电单元即可；而所述的供电单元为可充电电源，较传统干电池、纽扣电池供电更为环保。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种分离式结构的液滴检测装置，包括液滴探测单元和供电单元；所述液滴探测单元包括主电路、滴管容纳槽和红外对管，所述红外对管设于所述滴管容纳槽的两侧并连接所述主电路；所述供电单元包含充电电池和电源管理电路；所述供电单元与所述液滴探测单元通过榫卯结构实现扣合或分离，在扣合时所述供电单元通过电源接口为所述液滴探测单元供电。

进一步地，在所述供电单元和所述液滴探测单元扣合时，所述滴管容纳槽封闭或者呈半开放结构。

进一步地，所述红外对管与所述滴管容纳槽内滴管的滴嘴口保持固定距离，使红外发射管的发散角覆盖该滴嘴口。

进一步地，所述榫卯结构中，卯结构设于所述液滴探测单元上，榫结构设于所述供电单元上。

进一步地，所述榫卯结构中，榫结构设于所述液滴探测单元上，卯结构设于所述供电单元上。

进一步地，所述电源接口的公头和母头分别设置在所述供电单元和所述液滴探测单元的扣合处。

进一步地，所述供电单元可以是一个，也可以为至少两个，以便在一个供电单元电量耗尽时可以及时更换其它的供电单元，从而使液滴检测过程持续进行而不中断。

进一步地，所述主电路包括处理器、稳压电路、LED指示灯和开关。

进一步地，所述主电路还包括无线通信模块。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1)现有的输液监控设备在集成电路设计中加入了越来越多的信号处理单元，本实用新型在电路设计上反其道而行之，化繁为简，将信号处理部分电路一并去除，最大程度的降低了生产成本；另外，现有技术如CN104606740A中的液滴检测结构采用了一个红外发射管配合三个接收管的方式，即利用了多个传感器，本实用新型则基于一个红外发射管配对一个红外接收管的方式做到了准确检测，进一步降低了生产成本；

2)本实用新型采取了无线供电方式，更利用分离式结构，方便探测单元和供电单元的安装和替换，其中探测单元中包含了无线通信模块，该模块与指定病患唯一配对，实际应用中只需由两个供电单元交替使用即可；解决了一体式设备更换时，需要将新设备重新定向到系统中指定病人的问题；

3)本实用新型的分离式结构在组装后能够将莫菲式滴管封闭在设备中，隔离了外界红外光干扰，提高了检测可靠度。

附图说明

图1(a)～图1(d)为本实用新型的分离式结构的液滴检测装置示意图，其中图1(a)、图1(c)为分离状态示意图，图1(b)、图1(d)为扣合状态示意图。

图2(a)、图2(b)为本实用新型的另一种分离式结构的液滴检测装置示意图，其中图2(a)为榫结构设于液滴探测单元上，卯结构设于供电单元上，图2(b)为卯结构设于液滴探测单元上，榫结构设于所述供电单元上。

图3(a)、图3(b)为本实用新型的上下半开放结构的液滴检测装置示意图，其中图3(a)为分离状态示意图，图3(b)为扣合状态示意图。

图4为本实用新型中所述分离式结构中的液滴探测单元、莫菲式滴管和红外对管示意图，图中移除了液滴探测单元的外壳。

图5(a)为实际应用中墨菲式滴管的状态示意图；图5(b)为该状态下红外接收管采集的信号波形示意图。

图6(a)为莫菲式滴管与水平成45°角状态示意图；图6(b)为该状态下红外接收管采集的信号波形示意图。

图7为本实用新型所述的高抗干扰检测方法的逻辑框图。

图中：A为液滴探测单元；B为可充电供电单元；1为红外发射管；2为红外接收管(由于被液滴探测单元阻挡，图中用虚线表示)；3为莫菲式滴管；4为液滴探测单元的U型槽(滴管容纳槽)；5为电源接口。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的描述。

参见图1(a)～图1(d)为本实用新型的分离式结构的液滴检测装置示意图。该液滴检测装置(或称液滴检测仪)包括液滴探测单元A和可充电供电单元B。液滴探测单元A与供电单元B通过榫卯结构实现扣合或分离，分离时如图1(a)、图1(c)所示，扣合时如图1(b)、图1(d)所示。在榫卯结构中，卯结构设于液滴探测单元上，榫结构设于所述供电单元上；也可以将榫结构设于液滴探测单元上，卯结构设于供电单元上。图1(a)、图1(c)指出了3处位于A、B上的榫卯结构。

参见图2(a)、图2(b)和图3(a)、图3(b)为液滴探测单元A与供电单元B通过榫卯结构实现扣合或分离的其它实施方式示意图。图2(a)为榫结构设于液滴探测单元A上，卯结构设于供电单元B上，图2(b)为卯结构设于液滴探测单元A上，榫结构设于所述供电单元B上。以上结构中液滴探测单元A和供电单元B为水平左右布置的封闭结构，而图3(a)、图3(b)中该两个单元为上下布置的半开放结构。

参见图4，为液滴探测单元A的示意图。液滴探测单元A中包含一对红外对管，1为红外发射管，2为红外接收管，以及主电路(图中未示)。液滴探测单元A设计了U型槽结构4(滴管容纳槽)，可将墨菲式滴管3内嵌其中。红外对管的水平高度与墨菲式滴管滴嘴口的高度保持固定距离，该距离保证了红外发射管的发散角能够覆盖滴嘴口范围，从而在滴管倾斜时能确保捕捉到完整或局部液滴。

本实用新型的主电路移除了现有技术中常采用的信号处理模块(包括信号放大模块、滤波模块、整流模块等)，在最大程度上降低了电路部分的生产成本和运行功耗。本实施例中，该主电路包括处理器、稳压电路(提供各部分稳定的供电)、LED指示灯和开关，上述红外对管也可视为该主电路的一部分。此外该主电路还可设置无线通信模块，该模块与指定病患唯一配对，实际应用中只需由两个供电单元交替使用即可，解决了一体式设备更换时，需要将新设备重新定向到系统中指定病人的问题。

可充电供电单元B包含大容量充电电池和电源管理电路(图中未示)。在实际应用中可与备用供电单元更换交替使用，从而保证了探测单元始终唯一配对用户，避免了传统一体式设备整体更换后，新设备需在系统中重定向到用户的问题。

实际应用中，将液滴探测单元A嵌套在莫菲式滴管3外侧，然后通过榫卯结构实现与供电单元B的扣合或分离。电源接口的公头和母头分别设置在所述供电单元和所述液滴探测单元的扣合处(如图1中5所示)，扣合时，供电单元通过电源接口为液滴探测单元供电。由于滴管封装在设备内侧，从而有效隔离了外界红外光对红外接收管的信号干扰，提高了检测的可靠性。

参见图5(a)莫菲式滴管与水平成垂直状态，液滴收到重力作用自然下落，液滴形状规则，下侧的图5(b)图为其红外接收管采集到得信号波形。图中红外发射管的发散角刚好能覆盖到滴管，保证液滴在任意倾角都能够被检测到。由于液滴和滴嘴之间会出现粘滞现象，当液滴下落时会拖拽下一液滴，在下侧信号波形图中的波峰6即为其表现。波峰5和7则为正常液滴滴落时，近似凸透镜聚焦产生信号增强引起的变化。

参见图6(a)，为墨菲式滴管与水平成45°角状态，该状态下红外接收管采集的信号波形如图6(b)所示。由于粘滞效应，液滴形成过程中时的产生不规则形状。

设备开机后，将按照一定周期采集红外接收管得到的信号，参见图5和图6中所对应的信号波形图，由于粘滞效应，波形中除了主峰5、7、8、10以外产生了副峰6和9。相比较图5(b)的垂直状态，图6(b)的与水平成45°角的状态在整体幅值、波形、主副峰比都产生了明显的变化。

参见图7，为本实施例应用上述装置进行液滴检测的逻辑框图，本实施例中具体参数为T＝20ms、NUM＝150、VerAMP＝100mV、PerA＝0.08，PerB＝0.125，Speed标准为25滴/s—60滴/s，场幅明显变化标准是20mV。具体包括如下步骤：

1)液滴检测装置安装完毕，并开机后，处理器将以固定时间T(ms)对红外接收管接收到的信号进行离散采样，并将数据根据先进先出原则存入数组DATA[n]中，即新数据存入队列末尾，数组满序之后队首数据自动被挤出队列。

2)当数组序列累计到NUM个，算法将遍历数组，取得信号的最大值MAX，及其在数组中对应的序号Nmax，还有最小值MIN，及其在数组中对应的序号Nmin。如已经检测到新的液滴产生的波峰，则将当前新液滴的峰值CurMax赋值给MAX，并在每次遍历后更新其在数组中对应的序号Nmax，同理当前新液滴的谷值CurMin赋值给最小值MIN，并在每次遍历后更新其在数组中对应的序号Nmin。如序号Nmax、Nmin已被挤出队列，则重新遍历数组取得最大值MAX和最小值MIN，及其对应的数组序号Nmax、Nmin。

3)根据最大值MAX和最小值MIN，计算该场的幅度AMP＝MAX-MIN。所述“场”来自于摄像头采集图像，一副图像为一场，这里把数组中记录的波形数据看做一副图像，图像的最高点和最低点之差称为场幅。然后根据自适应经验值判断AMP是否过小，如果过小则说明，信号波形平缓无明显变化，从而判定滴速过快、过慢或停止(滴速过快时可以想象成形状接近于水柱而非液珠，所以信号波动很小，场幅很小)，进而向外输出警报。如果AMP取值在正常范围内则求得校正值DIFF。所述自适应经验值是垂直平稳状态时场幅值VerAmp乘以经验系数PerA，所述校正值DIFF是当前场幅AMP乘以经验系数PerB。

4)将新采集的、处于数组队尾的离散数据DATA[NUM]与该场最大值MAX和最小值MIN比较，如果数据值走势上升(即波形走势为上升)，且队尾数据在最大值MAX上下DIFF区间内，则判定为信号波峰，FlagPeak置1，并记录其峰值CurMax；同理，如果数据值走势下降，且队尾数据在最小值MIN上下DIFF区间内，则判定为信号波谷，FlagTrough置1，并记录其谷值CurMin。

5)当FlagPeak和FlagTrough的状态值都为1时，或当前场幅AMP明显有别于前场幅PreAMP，则判定液滴数DripNum加一。进而计算滴速Speed：

当FlagPeak先于FlagTrough置1，则Speed＝60000/(NUM-Nmin)/T；

当FlagPeak后于FlagTrough置1，则Speed＝60000/(NUM-Nmax)/T；

Speed的单位为滴/分钟，NUM-Nmax表示两波峰之间的序列间隔，NUM-Nmin表示两波波谷之间的序列间隔；

余量＝总量-(DripNum/15)*1ml(按照医疗标准，15滴为1ml)。

计算结束后将标志位FlagPeak和FlagTrough置0，将当前场幅AMP赋值前场幅PreAMP。

上述Speed的计算方法中，由于场幅的最高点可认为是当前幅中主峰(即液滴聚焦最大值)其数组中序号是Nmax，如新数据进栈被识别为新的液滴峰值，则将新数据的序号NUM减去前一峰的序号Nmax即为两峰之间的间隔；由于采样周期是确定的Tms，则60秒内的滴速便能确定，如T＝15ms，Nmax＝50，NUM＝150，则60000/100/15＝40滴/min。该计算方法好处在于实时性好，而传统方法是根据滴数累计后除以定时器所设定时间，相对测算周期较长。

6)当Speed值与正常值不符时设备会输出警报，所述正常值根据应用场景要求不同而设定。当余量到达设定值时，设备同样会输出警报信号。

上述实施例中，步骤4)判断峰值的方法需要2个因素决定：一个是判断数据的走势(数据值在上升或者下降，另一个是当前数据值到达预设值。在其它实施例中，也可以不判断数据的走势，而直接将DATA[NUM]与最大值MAX和最小值MIN比较从而判定波峰或波谷，然后只需将步骤5)得到的DripNum的累计数据除以2即可得到最终的液滴数DripNum。

上述检测方法在未经硬件电路信号处理的情况下，能够在莫菲式滴管摇晃、倾斜及管壁透光性改变等外界环境影响下做出准确的检测；具体来说，该检测方法具有以下优点：a)为了保证传感器能够捕获液滴，红外对管的水平高度和滴嘴水平高度非常接近，这就不可避免地会受到液滴的粘滞效应的干扰，除了主峰以外，会出现由粘滞效应带来的副峰；该方法利用场幅来作为判断依据，有效规避了液滴粘滞效应的影响；b)该方法依据场幅顶部和底部的标志位，来判断是否检测到一滴完整液滴，对实际应用中有很好的防抖功能；c)该方法还能根据实际应用中多变的情况，自适应调整场幅AMP和校正区间DIFF，并且在每次变化都会做补偿处理；对滴液过程中的倾斜、摇晃及透明度改变等导致误检测的情况，有很强的抗干扰性。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其进行限制，本领域的普通技术人员可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型的精神和范围，本实用新型的保护范围应以权利要求书所述为准。

Claims (9)

1.一种分离式结构的液滴检测装置，其特征在于，包括液滴探测单元和供电单元；所述液滴探测单元包括主电路、滴管容纳槽和红外对管，所述红外对管设于所述滴管容纳槽的两侧并连接所述主电路；所述供电单元包含充电电池和电源管理电路；所述供电单元与所述液滴探测单元通过榫卯结构实现扣合或分离，在扣合时所述供电单元通过电源接口为所述液滴探测单元供电。

2.如权利要求1所述的分离式结构的液滴检测装置，其特征在于：在所述供电单元和所述液滴探测单元扣合时，所述滴管容纳槽封闭或者呈半开放结构。

3.如权利要求1所述的分离式结构的液滴检测装置，其特征在于：所述红外对管与所述滴管容纳槽内滴管的滴嘴口保持固定距离，使红外发射管的发散角覆盖该滴嘴口。

4.如权利要求1所述的分离式结构的液滴检测装置，其特征在于：所述榫卯结构中，卯结构设于所述液滴探测单元上，榫结构设于所述供电单元上。

5.如权利要求1所述的分离式结构的液滴检测装置，其特征在于：所述榫卯结构中，榫结构设于所述液滴探测单元上，卯结构设于所述供电单元上。

6.如权利要求1所述的分离式结构的液滴检测装置，其特征在于：所述电源接口的公头和母头分别设置在所述供电单元和所述液滴探测单元的扣合处。

7.如权利要求1所述的分离式结构的液滴检测装置，其特征在于：所述供电单元为一个或者至少两个。

8.如权利要求1所述的分离式结构的液滴检测装置，其特征在于：所述主电路包括处理器、稳压电路、LED指示灯和开关。

9.如权利要求8所述的分离式结构的液滴检测装置，其特征在于：所述主电路还包括无线通信模块。